JP5798262B1

JP5798262B1 - 切断装置

Info

Publication number: JP5798262B1
Application number: JP2015001345A
Authority: JP
Inventors: 宏徳永; 淳一江村; 博史勝島
Original assignee: MITSUBOSHI KOGYO CO., LTD.
Current assignee: MITSUBOSHI KOGYO CO., LTD.
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2035-01-07
Also published as: JP2016124085A

Abstract

【課題】装置を大型化、複雑化させることなく、大径で長尺のワークの切断が可能な切断装置を提供する。【解決手段】この切断装置１は、管状のワークＷを軸と直交方向に切断する切断装置であって、前記ワークＷを宙に浮かせて両端で支持すると共に軸中心に回転させる回転機構１０と、前記ワークＷに接離する方向に移動可能で且つ回転可能に設けられ、該ワークの切断を行う回転刃２２と、前記ワークＷが切断される位置Ｘを挟むように配設されて該ワークＷの一方側と他方側とを回転可能に支持する一対の振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂと、前記回転機構１０の回転制御および前記回転刃２２の移動位置制御を行う制御部４と、を備え、前記制御部４は、前記回転刃２２を回転させながら前記ワークＷの所定の内部位置まで移動させて該ワークＷに切込みを入れると共に、前記回転機構１０により前記ワークＷを回転させて該ワークＷの全周に亘って切断を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、切断装置に関し、さらに詳細には、管状の成形体（以下、「ワーク」という）を軸と直交方向に切断する切断装置に関する。

従来より、フィラメントワインディング等の成形方法により、ガラス繊維、カーボン繊維等の強化材とこれに含浸させる樹脂とを用いて管状に成形・硬化させて製作される管状の成形体（ワーク）が知られている。

近年、上記ワークの需要が増加しているが、特に大径で長尺のワークになる程、その切断方法が問題となっている。
ここで、ワークの切断方法としては、従来、ハンドカッターあるいは切断装置を用いる方法が一般的であった。一例として、特許文献１記載の切断装置が提案されている。

特開平８−２５２８２号公報

ここで、特許文献１に例示されるような従来の切断装置においては、ワークを台上に載置し、回転しないように固定した状態で、例えば、上方に設けられた回転刃の下降移動もしくは水平移動により切断を行う構成、または、下方に設けられた回転刃の上昇移動もしくは水平移動により切断を行う構成が通常であった。

しかしながら、上記の構成によれば、ワークの径が大きくなる程、これを切断するための回転刃を大径にせざるを得ないという問題が生じる。例えば、ワークの直径が５００［ｍｍ］である場合、単純な構成であれば、半径５００［ｍｍ］以上の回転刃を上方もしくは下方に一つ設ける構成、または、それぞれの半径の合計が５００［ｍｍ］以上の回転刃を上方および下方に二つ設ける構成のいずれかによらなければ切断を行うことができない。あるいは、ワークの外形に沿って回転刃を移動させる構成とすれば、機構および制御方法が複雑なものとなってしまう。
このように、大径のワークの切断においては、切断装置が大型化、複雑化してしまうことが課題となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、装置を大型化、複雑化させることなく、大径で長尺のワークの切断が可能な切断装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係る切断装置は、管状のワークを軸と直交方向に切断する切断装置であって、前記ワークを宙に浮かせて両端で支持すると共に軸中心に回転させる回転機構と、前記ワークに接離する方向に移動可能で且つ回転可能に設けられ、該ワークの切断を行う回転刃と、前記ワークが切断される位置を挟むように配設されて該ワークの一方側と他方側とを回転可能に支持する一対の振れ止め機構と、前記回転機構の回転制御および前記回転刃の移動位置制御を行う制御部と、を備え、前記回転刃は、カッターユニットに配設されており、前記カッターユニットは、前記ワークの外周面の切削を行うバイトと、前記ワークに対して該バイトを前記回転刃よりも相対的に近い位置と遠い位置とに切換を行う切換機構と、をさらに有し、前記制御部は、前記回転刃を回転させながら前記ワークの所定の内部位置まで移動させて該ワークに切込みを入れると共に、前記回転機構により前記ワークを回転させて該ワークの全周に亘って切断を行うことを要件とする。

本発明によれば、宙に浮かせた（架台から離間させた）ワークの両端が回転機構により回転可能に支持され、切断される位置の両側が一対の振れ止め機構により回転可能に支持された状態とすることができる。この状態で、回転刃を回転させながらワークの所定の内部位置まで移動（進入）させることによってワークに切込みを入れることができ、さらに、回転機構によりワークを回転させることによってワークの全周に亘って切断を行うことができる。
したがって、ワークの厚み（管の肉厚）に対して切込みを入れられる程度の小径の回転刃を一つのみ備える構成によって、大径のワークであっても切断を行うことが可能となる。すなわち、小型で簡易な機構による切断装置が実現できる。また、ワークに対する回転刃の接触位置（接触角）が一定となるため、ワークの切断面を均一で綺麗に仕上げることができる。また、ワークの両端と切断位置近傍の両側がそれぞれ支持されるため、ワークが長尺であっても、切断中の撓みや切断後の落下が防止でき、確実に切断を行うことが可能となる。
このように、装置を大型化、複雑化させることなく、大径で長尺のワークの切断を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る切断装置の例を示す概略図である。図１の切断装置のカッターユニットの例を示す概略図である。図１の切断装置の振れ止め機構の例を示す概略図である。図１の切断装置の角材押さえ部材の例を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態に係る切断装置１の例を示す斜視図（概略図）である。また、図２は、切断装置１のカッターユニット２０の拡大図（概略図）である。ただし、図１は正面方向からの斜視図であり、図２は、背面方向からの斜視図である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

この切断装置１は、フィラメントワインディング等の成形方法によって形成された管状のワークを軸と直交方向に切断を行うための装置である。ここで、フィラメントワインディング成形方法とは、ガラス繊維、カーボン繊維、バサルト繊維等からなる長繊維の束を液状の樹脂（一例として、エポキシ樹脂）に含浸させながらマンドレル（鉄芯）に巻き付け、樹脂を硬化させてから離型して管状のＦＲＰ（繊維複合材料）を製作する成形法である。通常、樹脂を硬化する際は、マンドレルごと加熱して樹脂を硬化させる方法が用いられ、また、硬化剤としては、例えば酸無水物が用いられる。なお、ワークのバリエーションとして、ＦＲＰの内側にステンレス、アルミニウム、鉄等の合金を用いた芯金を有するものも製作可能である。この場合には、長繊維の束を液状の樹脂に含浸させながら芯金に巻き付け、樹脂を硬化させて管状の芯金付きＦＲＰ（繊維複合材料）を製作する。

本実施形態に係る切断装置１は、図１に示すように、ワークＷを宙に浮かせて両端で支持すると共に軸中心に回転させる回転機構１０と、ワークＷに接離する方向に移動可能で且つ回転可能に設けられ、当該ワークＷの切断を行う回転刃２２と、ワークＷが切断される位置Ｘを挟むように配設されて当該ワークＷの一方側と他方側とを回転可能に支持する一対の振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂと、少なくとも回転機構１０の回転制御および回転刃２２の移動位置制御を行う制御部４とが、架台２に装備されて構成されている。

先ず、回転機構１０は、ワークＷの一端側を回転可能に支持すると共に当該ワークＷを回転駆動させる駆動力を伝達する第１支持部１１と、ワークＷの他端側を回転可能に支持する第２支持部１２とを有している。一例として、第１支持部１１は、制御部４による駆動制御信号を受けて駆動されるサーボモータ（不図示）の駆動力がタイミングベルト（不図示）を介して伝達されることにより、ワークＷを回転させる駆動力を発生させる。したがって、ワークＷは第１支持部１１によって一端側が、第２支持部１２によって他端側が、それぞれ軸を一致させて支持されて、宙に浮かせた状態で（外周面を架台２から離間させた状態で）、軸中心に回転駆動（矢印Ｒ方向）される。なお、本実施形態のようにサーボモータおよびタイミングベルトを用いることで、ワークＷの回転（位置）制御を極めて正確に行うことが可能となる。

このように、ワークＷを宙に浮かせた状態で支持可能な構成とすることによって、対象となるワークＷの径が様々に変化しても、回転機構１０（特に第１支持部１１および第２支持部１２）の上下方向位置を変化させることなく、当該ワークＷを回転可能に支持することが可能となる。したがって、装置の汎用性を高めることができると同時に、機構が複雑化してしまうことを防止して簡素な構造とすることができる。さらに、ワークＷとして軸と直交方向の断面形状が矩形の角管に対しても回転可能に支持することが可能となる。

本実施形態においては、第２支持部１２は、ワークＷの長手方向（軸と平行方向）に沿って移動可能に設けられている。これによれば、ワークＷの長手方向の任意の位置に第２支持部１２を位置決めすることができるため、任意の長さのワークＷに対応して、これを回転可能に支持することが可能となる。ただし、ワークＷの長さが一定の場合等においては、第２支持部１２を固定式としてもよい。

なお、切断対象のワークＷとして管状の成形体を主に想定しているため、一例として、第１支持部１１および第２支持部１２は、いずれも、管状のワークＷの内周面に係合して当該ワークＷの固定を行うチャック１１ａ、１２ａをそれぞれ有して構成されている。

次に、ワークＷの切断を行う回転刃２２は、カッターユニット２０に配設されている（図２参照）。ここで、カッターユニット２０は、ワークＷに対して接離する方向（矢印Ａ方向）に移動可能に設けられている。これによれば、回転する回転刃２２をワークＷに当接させることができるため、ワークＷに切込みを入れることが可能となり、その状態からさらにワークＷを回転させることによって全周に亘って切断することが可能となる。切断が完了した後は、回転刃２２をワークＷから離反させることで作業が終了する。なお、回転刃２２の回転数は特に限定されるものではないが、一例として、１０００〜３０００［ｒｐｍ］程度に設定される。

また、カッターユニット２０は、ワークＷの長手方向（軸と平行方向）に沿って移動可能に設けられている。これによれば、ワークＷの長手方向の任意の位置にカッターユニット２０（回転刃２２）を位置決めすることができるため、ワークＷの任意の位置で切断することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、回転刃２２は、その回転軸の位置とワークＷの軸（回転軸）の位置とが互いに水平の位置となるように配設されている。これによれば、対象となるワークＷの径が様々に変化しても、回転刃２２の上下方向位置を変化させることなく、また、極めて簡単な位置制御によって、当該ワークＷの切断を行うことが可能となる。したがって、装置の汎用性を高めることができると同時に、機構が複雑化してしまうことを防止して簡素な構造とすることができる。

一例として、回転刃２２は、制御部４による駆動制御信号を受けて駆動されるサーボモータ２４の駆動力がＶベルト（不図示）を介して伝達されることによって、回転駆動される。なお、駆動力の伝達には他の機構（タイミングベルト駆動、ギア駆動等）を用いても良いが、本実施形態にようにＶベルトを用いることで、異常時等で回転刃２２が突然停止した際に、ベルトがスリップすることによって駆動系（サーボモータ２４等）の破損が防止できる。

以上の構成によれば、ワークＷを宙に浮かせた状態で、回転刃２２を回転させながらワークＷの所定の内部位置まで移動（進入）させることによってワークＷに切込みを入れることができ、さらに、回転機構１０によりワークＷを回転させる（通常は一回転で足りる）ことによってワークＷの全周に亘って切断を行うことができる。

すなわち、ワークＷの厚み（管の肉厚）に対して切込みを入れられる程度の小径の回転刃を一つのみ備える構成によって、大径のワークであっても切断を行うことが可能となる。例えば、ワークＷの直径が５００［ｍｍ］の場合であっても、直径２００［ｍｍ］以下の回転刃２２によって十分に切断が可能となる。したがって、従来の切断装置のように、ワークＷの径が大きくなる程、これを切断するための回転刃を大径にせざるを得ないという問題の解決が可能となり、小型で簡易な機構による切断装置が実現できる。なお、当然、ワークＷの肉厚よりも回転刃２２の半径が大きければワークＷの切断が可能となるが、摩耗量や交換頻度等を考慮して回転刃２２の大きさが適宜決定される。

また、ワークＷの外形に沿って回転刃２２を移動させる構成ではないため、機構および制御方法の簡素化も可能となる。

さらに、ワークＷを回転させながら、回転刃２２を所定位置で当接させて切断を行うため、ワークＷに対する回転刃の接触位置（接触角）が一定となって、ワークＷの切断面を均一で綺麗に仕上げることができる。

また、本実施形態に係る切断装置１は、ワークＷとして軸と直交方向の断面形状が矩形の角管を用いる場合であっても、これを支持して回転させ、回転刃２２により切断を行うことができる。この場合には、制御部４は、回転によって変化するワークＷの外周位置に対応させて回転刃２２の位置を移動させながら該ワークの切断を行う。例えば、ワークＷ内へ進入させる回転刃の位置が一定量（一定範囲）となるように、回転刃２２をワークＷに対して接離（接近・離反）する方向（矢印Ａ方向）に適宜、移動させる制御方法が考えられる。これによれば、小径の回転刃であっても、大口径の矩形のワークＷの切断を行うことが可能となる。

なお、前述の通り、回転刃２２は、その回転軸の位置とワークＷの軸（回転軸）の位置とが互いに水平の位置となるように配設されているため、断面が矩形のワークＷであっても、回転刃２２を当該ワークＷに対して接離させる際の位置制御が極めて簡単となる。

次に、一対の振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂについて説明を行う。ここで、振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂの構成例を図３に示す。本実施形態に係る振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂには同一の構造が用いられており、これにより、装置の簡素化とコストダウンが図られている。

前述の通り、一対の振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂは、ワークＷが切断される位置Ｘを挟むように配設されて当該ワークＷの一方側と他方側とを回転可能に支持する構成である。これによれば、切断前後においてワークＷを回転可能に支持することができ、且つ、特にワークＷが長尺であっても回転中に中間部に撓みや径方向振動が発生することが防止できるため、ワークＷを安定的に回転させて切断を行うことができる。さらに、ワークＷの切断後において、切断位置Ｘを挟んで振れ止め機構３０ＡによりワークＷの切断された一端部を支持でき、振れ止め機構３０ＢによりワークＷの切断された他端部を支持できるため、ワークＷを落下させずに保持することが可能となる。したがって、特に、ワークＷが長尺であっても、切断中の撓みや切断後の落下が防止でき、確実に切断を行うことが可能となる。

また、振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ、ワークＷの長手方向（軸と平行方向）に沿って移動可能に設けられている。これによれば、ワークＷの長手方向の任意の位置に振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂを位置決めすることができるため、ワークＷの任意の位置で切断することが可能となる。

具体的な構成として、振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂは、支持台３１の上に環状の支持枠３２を有しており、支持枠３２にはワークＷの外径に応じて径方向に位置調整可能で且つ回転可能に設けられた複数（一例として、三つ）のローラ３４、３４、３４が配設されている。すなわち、複数のローラ３４、３４、３４は、それぞれワークＷの外周面に密着できるように、各々対応する調整ダイヤル３６、３６、３６を回転させて調整することによって径方向に移動可能なように構成されている。これによれば、複数のローラ３４、３４、３４によってワークＷが回転可能に支持されると共に、切断後にワークＷが落下しないように保持可能となる。なお、一例として、支持枠３２は、図３に示すように、上下に分割されて上枠が可動式となっているが、この構成に限定されるものではない。

ここで、ワークＷとして軸と直交方向の断面形状が矩形の角管を用いる場合には、上記構成の振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂのみでは、当該ワークＷ（角管）を回転可能に支持することが不可能である。そこで、そのような形状のワークＷに対しては、ワークＷの外周に嵌合可能で、且つ、嵌合された状態で複数のローラによって回転可能に支持される角材押さえ部材４０を振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂに取り付けることにより、切断を可能としている。

本実施形態に係る角材押さえ部材４０は、図４に示すように、上記振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂの複数のローラ３４、３４、３４によって回転可能に支持される環状の回転枠４２を有しており、回転枠４２にはワークＷの形状（矩形）に応じて外周面に密着して当該ワークＷを固定する複数（一例として、四つ）の固定金具４４、４４、４５、４５が配設されている。各固定金具４４、４４、４５、４５には、棒状のワーク固定部４６と、当該ワーク固定部４６の位置調整を行う調整ネジ４８が設けられており、各ワーク固定部４６が対応するワークＷの外周面に密着して固定できるように、各々対応する調整ネジ４８を回転させて位置調整を行うことによって移動可能なように構成されている。これによれば、固定金具４４、４４、４５、４５によってワークＷが回転枠４２に固定されると共に、当該回転枠４２が振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂの複数のローラ３４、３４、３４によって回転可能に支持されるため、断面形状が矩形のワークＷであっても、振れ止め機構３０Ａ、３０Ｂによって回転可能に支持可能となり、且つ、切断後に落下しないように保持可能となる。

なお、本実施形態のように、対向する一組の固定金具４５、４５を他の固定金具４４、４４よりも長く形成すると共に、ワーク固定部４６および調整ネジ４８の数を増やすことで、断面が長方形のワークＷであってもより一層確実に回転枠４２に固定することが可能となる。すなわち、本装置においては、断面が正方形に限らず、長方形のワークＷであっても回転させることができ、切断を好適に行うことができる。

次に、カッターユニット２０について説明を行う。前述の通り、カッターユニット２０には、回転刃２２が設けられているが、本実施形態においては、さらに、ワークＷの外周面の切削を行うバイト５２が設けられている。

ここで、ワークＷとして、フィラメントワインディング成形方法により、ガラス繊維、カーボン繊維、バサルト繊維等からなる長繊維の束を液状の樹脂に含浸させながらマンドレルもしくは芯金に巻き付け、樹脂を硬化させて形成されるものを主として想定している。そのため、成形方法に起因して、ワークＷの外周面には長繊維を巻き付けたことによる凹凸が生じてしまう。

このような凹凸に対して、カッターユニット２０にバイト５２を備える構成によれば、ワークＷを回転させながらバイト５２を当該ワークＷの外周面に当接させて切削（もしくは研磨）を行うことによって、当該凹凸を解消し、外周面を均一な面に仕上げることが可能となる。

ここで、バイト５２を用いて外周面の切削を行う対象となるワークＷは、断面形状が円形（真円形）のものに限定される。なお、バイト５２による切削加工を行う際のワークＷの回転数は特に限定されるものではないが、一例として、１００〜２００［ｒｐｍ］程度に設定される。

また、本実施形態に係るカッターユニット２０においては、回転刃２２による切断加工と、バイト５２による切削加工との両方を行うため、ワークに対してバイト５２を回転刃２２よりも相対的に近い位置と遠い位置とに切換を行う切換機構５４が設けられている。すなわち、カッターユニット２０自体が矢印Ａ方向に移動可能であり、バイト５２がカッターユニット２０上において矢印Ｂ方向に移動可能に設けられている。なお、切換機構の変形例として、回転刃２２がカッターユニット２０上においてワークＷに接離する方向に移動可能となるように構成してもよい（不図示）。

具体的な構成として、切換機構５４は、バイトを支持するバイト支持部５６とこれをワークに接離する方向（矢印Ｂ方向）に移動させる送り機構５８とを有して構成されている。一例として、送り機構５８は、手動ハンドル６０と、ボールネジ（不図示）とを組み合わせてスライド移動可能に構成されている。これによって、ワークＷに当接させるツールとして、回転刃２２と、バイト５２との切換を行うことが可能となる。

以上、説明した通り、本発明に係る切断装置によれば、大径のワークよりも相対的に小径の回転刃を備える構成によって当該ワークの切断を行うことが可能となる。すなわち、装置構成を小型で簡易なものとすることができる。また、ワークが長尺であっても、切断中の撓みや切断後の落下が防止でき、確実に切断を行うことが可能となる。さらに、ワークの切断面を均一で綺麗に仕上げることができる。このように、装置を大型化、複雑化させることなく、大径で長尺のワークの切断を確実に且つ綺麗に行うことが可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。特に、ワークとしてフィラメントワインディング成形方法により製作された管状の成形体を例に挙げて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、他の成形方法により製作された管状の成形体に対しても同様に適用することができる。

１切断装置
２架台
４制御部
１０回転機構
１１第１支持部
１２第２支持部
２０カッターユニット
２２回転刃
３０Ａ、３０Ｂ振れ止め機構
３４ローラ
４０角材押さえ部材
５２バイト
５４切換機構
Ｗワーク

Claims

管状のワークを軸と直交方向に切断する切断装置であって、
前記ワークを宙に浮かせて両端で支持すると共に軸中心に回転させる回転機構と、
前記ワークに接離する方向に移動可能で且つ回転可能に設けられ、該ワークの切断を行う回転刃と、
前記ワークが切断される位置を挟むように配設されて該ワークの一方側と他方側とを回転可能に支持する一対の振れ止め機構と、
前記回転機構の回転制御および前記回転刃の移動位置制御を行う制御部と、を備え、
前記回転刃は、カッターユニットに配設されており、
前記カッターユニットは、前記ワークの外周面の切削を行うバイトと、前記ワークに対して該バイトを前記回転刃よりも相対的に近い位置と遠い位置とに切換を行う切換機構と、をさらに有し、
前記制御部は、前記回転刃を回転させながら前記ワークの所定の内部位置まで移動させて該ワークに切込みを入れると共に、前記回転機構により前記ワークを回転させて該ワークの全周に亘って切断を行うこと
を特徴とする切断装置。
前記ワークとして軸と直交方向の断面形状が矩形の角管を用いる場合、
前記制御部は、回転によって変化する前記ワークの外周位置に対応させて前記回転刃の位置を移動させながら該ワークの切断を行うこと
を特徴とする請求項１記載の切断装置。
前記回転刃は、回転軸が前記ワークの軸と水平位置となるように配設されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の切断装置。
前記一対の振れ止め機構は、前記ワークの外径に応じて径方向に位置調整可能で且つ回転可能に設けられた複数のローラを有し、該複数のローラによって前記ワークが回転可能に支持され、且つ、切断された該ワークが落下しないように支持されること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の切断装置。
前記ワークとして軸と直交方向の断面形状が矩形の角管を用いる場合、
前記一対の振れ止め機構は、前記ワークの外周に嵌合可能で、且つ、嵌合された状態で前記複数のローラによって回転可能に支持される角材押さえ部材をさらに有すること
を特徴とする請求項４記載の切断装置。